Fruits des herbiers Posidonia australis . Crédit :J. Statton/UWA.
Les herbiers marins, aires d'alevinage et d'alimentation clés pour de nombreux types de vie marine, sont perdus dans le monde entier à cause de la pollution par les nutriments, réchauffement des eaux, et d'autres maux. Une nouvelle étude menée par une équipe de recherche internationale révèle des goulots d'étranglement dans la croissance des algues, de la graine à la plantule, connaissances utiles pour améliorer les efforts de restauration à base de semences.
Les auteurs de l'étude sont John Statton, Léonard Montoya, et Gary Kendrick de l'Université d'Australie occidentale, Robert Orth du William &Mary's Virginia Institute of Marine Science, et Kingsley Dixon de l'Université Curtin à Perth. Leur travail apparaît dans le numéro d'aujourd'hui de Rapports scientifiques , une revue en libre accès des éditeurs de Nature.
"La science derrière la restauration basée sur les graines est très sous-développée pour la plupart des espèces d'herbes marines et est très en retard par rapport à celle des plantes terrestres, " dit Statton. Une exception notable est le succès de l'utilisation de graines pour restaurer la zostère marine dans les baies balnéaires de Virginie; travail lancé par Orth pendant des années d'essais et d'erreurs testant à la fois les graines et les pousses transplantées.
Dans l'étude actuelle, les chercheurs ont cherché à comprendre le cheminement de la graine à la plantule pour l'herbier australien Posidonia australis ou herbe à ruban. Cette espèce à croissance lente a connu de sérieux déclins sur une grande partie de son aire de répartition, ce qui lui a valu un statut "quasi menacé" sur la Liste rouge de l'UICN.
L'équipe a mené son étude en surveillant minutieusement le sort de plus de 21 personnes, 000 graines de P. australis plantées à la main dans des parcelles expérimentales dans le détroit de Cockburn en Australie occidentale. Ils ont implanté les parcelles pour tester divers degrés d'exposition aux vagues, les brouteurs de graines tels que les crabes, et « bioturbateurs, " animaux qui enterrent par inadvertance des graines pendant l'enfouissement ou d'autres activités - souvent trop profondément pour un développement ultérieur.
Le professeur du VIMS, Robert JJ Orth, examine un lit de Posidonia australis algues dans le détroit de Cockburn, Australie occidentale. Cette espèce a subi des pertes importantes ici et ailleurs en raison de la pollution par les nutriments et du développement industriel de la côte. Crédit :S. Manley/VIMS.
Contrairement à la plupart des autres études sur la croissance des herbiers, qui ont simplement regardé la proportion globale de graines qui atteignent la maturité en tant que plantes adultes, L'équipe de Statton a suivi attentivement la progression de leurs graines à chaque étape de la germination à la dépendance des graines, indépendant de la graine, et les semis établis.
"En identifiant les transitions exactes des premiers stades de la vie qui limitent le recrutement des herbiers, nous pensons pouvoir améliorer notre capacité à cibler les processus les plus réactifs au management, " dit Statton. " Ces goulots d'étranglement peuvent être uniques pour chaque espèce d'herbiers et même pour un endroit particulier, " ajoute Orth.
Les résultats de l'équipe ont montré des différences claires dans le succès des semences entre les divers stades de la vie. Dans le moins profond, des sites plus abrités, peu ou pas de graines ont survécu au pâturage et à la bioturbation pour achever la transition initiale du stade de vie - le premier mois de croissance lorsqu'un plant germé dépend encore de sa graine pour son énergie. Les graines déployées dans des sites plus profonds ont survécu pendant encore quatre à six mois, avant que presque tous les semis désormais indépendants ne soient déracinés par les vagues des tempêtes hivernales. À la suite de ces défis, la survie globale des graines était extrêmement faible - avec moins de 1 sur 1, 000 graines atteignant le stade juvénile, une probabilité de seulement 0,1 pour cent.
Les chercheurs ont ensuite utilisé des modèles pour estimer la densité de semis nécessaire pour surmonter ces graves goulots d'étranglement, calculant le succès à des densités de semis 2 à 40 fois plus élevées que leurs études sur le terrain. Ici, leurs résultats suggèrent que plus il y a de graines, mieux c'est, bien qu'ils notent qu'un travail de terrain supplémentaire est nécessaire pour tester les rendements décroissants de la croissance en raison du surpeuplement des semences et de la concurrence pour des ressources limitées.
Bien que les goulots d'étranglement à la croissance observés dans l'étude australienne puissent sembler écrasants, Orth note qu'ils sont en fait conformes aux conclusions d'autres études sur les herbiers marins et les plantes terrestres. "Dans nos efforts de restauration dans les baies balnéaires de la côte est de la Virginie, " il dit, "la probabilité de survie des graines n'est que d'environ un à cinq pour cent."
Un chercheur plante à la main P. australis graines dans l'une des parcelles expérimentales de l'équipe. Crédit :J. Statton/UWA.
Malgré cela, l'ensemencement répété par les chercheurs du VIMS a conduit au succès de la restauration. "En 1997, il n'y avait qu'une petite parcelle de zostère à South Bay, " dit Orth. " Maintenant, 71 millions de graines plus tard, il y en a plus de 7, 000 hectares, et l'herbe s'étend naturellement."
Une approche similaire pourrait donc fonctionner en Australie et dans d'autres régions du monde où les herbiers ont succombé aux eaux troubles et au développement côtier. "Nos résultats indiquent que l'ensemencement peut être une stratégie appropriée pour restaurer P. australis, " dit Statton. " Mais, " il ajoute, "we would need to do so annually for a decade or more to escape both the summer bottlenecks associated with bioturbators and grazers, and the winter bottlenecks associated with storm waves."
"This approach would allow us to benefit from windows of opportunity, " he explains, "benign years when winter storms were relatively weak or came from directions where landmasses blocked most waves. These conditions would allow seagrass seeds to take root and survive."
The team's field and modeling results suggest a number of other strategies to maximize restoration success. For wave-sheltered sites, these include relocating or excluding the crabs and other invertebrates that currently dislodge or eat most seeds and incipient seedlings. "In wave-exposed locations, " says Statton, "we might introduce mixtures of seeds and seedlings from species adapted for turbulent conditions, thus providing some seafloor stability for the survival of P. australis."
